35kv变电站继电保护与自动装置设计毕业设计

目录
第一章设计任务与调研 (2)
1.1 毕业设计的主要任务 (2)
1.2 设计思路和方法 (2)
1.2.1思路 (2)
1.2.2方法 (2)
1.3与本课题相关的资料 (2)
1.3.1电网的组成（电力系统） (2)
1.3.2变电站的种类 (3)
1.3.3电压等级 (3)
1.3.4变电站的作用 (4)
1.4 调研的目的 (4)
第二章继电保护与自动装置的概述 (5)
2.1继电保护 (5)
2.1.1继电保护的重要性 (5)
2.1.2电力系统对继电保护的基本要求 (5)
2.1.3继电保护的基本组成 (6)
2.1.4继电保护的基本原理和构成方式 (6)
2.2电网概况 (6)
2.3 35KV电网主接线图 (8)
2.4 35千伏线路保护装置的整定计算原则 (8)
2.4.1三段过流保护 (8)
2.4.2方向过电流保护 (9)
2.4.3平行线路横联差动方向电流保护 (9)
2.4.4平衡线路的电流平衡保护 (10)
2.4.5平衡线路的纵联差动保护 (10)
2.4.6距离保护 (10)
2.5整定计算 (10)
2.6系统阻抗标值计算 (11)
2.7最小运行方式下K1点的三相短路计算 (12)
2.7.1最小运行方式下K1短路的等效电路图 (12)
2.7.2最大运行方式下的K1三相短路计算 (14)
K点的三相短路计算 (15)
2.7.3最小运行方式下
2
2.7.4最大运行方式下K2点三相短路等值电路图 (16)
2.8电流Ⅰ、Ⅲ段保护整定计算 (18)
2.8.1、线路A-G段电流I段保护动作电流整定计算 (18)
2.8.2线路A-G段电流II段保护动作电流整定计算 (18)
2.8.3线路A-G段电流Ⅲ段保护动作电流整定计算 (19)
第三章设计原理图 (20)
3.1 纵联差动保护 (20)
第四章结束语 (23)
第六章参考文献 (25)
第一章设计任务与调研
1.1 毕业设计的主要任务
毕业设计的主要任务是通过设计，可拓展自动化专业的知识，掌握相关工程规范，培养同学分析与解决实际问题的能力
1.2 设计思路和方法
1.2.1思路
依靠图书馆查阅资料与网上查找与学校电工实训中心，充分运用所学专业知识和实践技能，详细制定变电站继电保护与自动装置设计方案和阶段进度计划。

1.2.2方法
通过书本，网络等手段了解机床设备的资料，进一步理解变电站保护与自动装置的理论基础，对信息的掌握加深。

找专业老师提出问题，并加以讨论，修改方案。

1.3与本课题相关的资料
1.3.1电网的组成（电力系统）
（1）发电企业
火力发电80%，水力，风力，核能发电
（2）电网企业
有不同的电网行业组成。

输电，配电，供电，调峰发电厂，抽水蓄能发电厂（也属调峰发电厂）
（3）用户
一级用户（两个供电），二级用户（两个供电），三级用户（一个供电）
1.3.2变电站的种类
1、变电站类型划分
（1）升降压a升压型变电站，多用在发电厂的升压变电站。

b降压型变电站。

一种电压变成另外一种电压，选用两个线圈的（绕组），双圈变压器。

一种电压变成两种电压的选用的选用三圈变压器。

（2）规模大小，枢纽变电站；区域变电站；终端变电站和开闭所；箱式变电站；车间变电站等其他专业性变电站。

枢纽变电站电压等级 550kv/220kv/110kv
中心变电站电压等级 220kv/110kv/35kv或 110kv/35kv/10kv
终端变电站一般直接连接到用户，大多数为两个电压等级及两圈变压器；110kv/35kv或35kv/10kv
用户本身的变电站一般只用两个电压等级及双圈变压器；110kv/10kv,35kv/10kv；其中10kv/0.4kv,为最多。

10kv开闭所，只有配电的作用，没有改变电压的作用。

及没有变压器，箱式变电站等。

1.3.3电压等级
用户电压等级；380v，220v，3kv，6kv，10kv，20kv（很少）
配电电压等级：35kv，66kv，110kv
输电电压等级：220kv以上的如：330kv，500kv，750kv
电压等级不同他的供电半径也不同，一般为；10kv为，10km以内。

35kv，20-50km。

66kv，为30-100km。

110kv，50-150km。

220kv，100-300km。

330kv，200-600km。

500kv，150-850km。

还有不同行业使用的其他电压等级。

如；冶炼、铁路、矿山等等。

不管什么类型的变电站其主要组成为；馈电线（进线、出线）和母线，断路器，隔离开关（接地开关），电力变压器（主变),站用变，电压互感器 TV(PT),电流互感器TA（CT),避雷器/针.接地网等等
不管什么类型的变电站其主要组成为；馈电线（进线、出线）和母线，断路器，隔离开关（接地开关），电力变压器（主变），站用变，电压互感器TV（pt），电流
互感器TA（CT），避雷器/针，接地网等等。

1.3.4变电站的作用
变电站是电力系统的一部分其功能是变换电压等级、汇集配送电功能，以满足电力系统与用户的需要。

电是一种特殊产品，既；产供销瞬间完成。

发电厂是产的功能，变电站起到供销的功能。

发电厂的升压变电站把发电机出口电压升到所需要的电压，经必要的输电线路把电能输送到较远的地方的降压变电站把电压降到用户所使用的电压等级以满足用户的需要。

变电站是把一些电气设备组装起来，用以切断或接通必要的设备形成系统的完整性，改变或调整电压，满足系统的需要。

在电力系统中变电站是输电和配电的集结点。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，他通过将各级电压的电网联系起来。

1.4 调研的目的
目的：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。

第二章继电保护与自动装置的概述
2.1继电保护
2.1.1继电保护的重要性
系统的不正常运行状态是指系统中电气元件没有发生故障，但由于某种干扰，电气参数偏离正常值，如设备的过负荷、系统发生震荡、功率缺额引起的频率降低、发电机甩负荷引起的过电压等，都属于不正常运行状态不及时处理，就有可能发展成故障。

系统的故障和不正常运行状态都可能引起电力系统的事故。

事故就是指整个或部分电力系统遭到破坏，造成人员伤亡，对用户停电或降低到不能容许的地步。

系统中电气元件发生故障和不正常运行虽然无法避免，但系统发生故障却可以预防。

因为系统事故的发生，除去由于自然条件（如遭受雷击等）外，一般都由设备制作质量不高、设计安装错误、运行或维护不当等原因造成。

如果能一方面加强电气设备的维护和检修，另一方面在电力系统中的每个元件上装设一种有效的装置，当电气元件发生故障或不正常运行状态时，该装置能快速切断故障元件的供电或向工作人员发出信号进行处理，则可以大大减少事故发生的几率。

在电力系统中起这种作用的装置即称为继电保护。

它在系统中的作用是：
（1）自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，使非故障元件能继续正常运行。

（2）对电气元件的不正常运行状态能根据运行维护的条件发出信号、减负荷或跳闸。

2.1.2电力系统对继电保护的基本要求
继电保护在电力系统中要在技术上必须满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

以下分别说明：
（1）选择性
指继电保护动作时，只能选择故障元件从电力系统中切除，而保证非故障元件
能继续安全运行，使故障造成的停电范围最小。

（2）速动性
指保护装置动作的时间应尽量短。

故障切除时间包括继电保护动作时间和继电保护的跳闸时间。

保护动作速度快，切除故障的时间就短，这可以减小故障元件的损坏程度，缩短用户在低压下的工作时间，提高系统并列运行的稳定性。

（3）灵敏性
指继电保护对其保护范围内发生的故障或不正常状态的反映能力。

即保护装置对规定的保护范围内的故障应不管短路点的位置远近、短路类型如何、均能敏锐感觉、正常反映。

（4）可靠性
指保护在应该动作时，不要拒动；在不应动作时，不要误动。

2.1.3继电保护的基本组成
一套继电保护应该保护以下三大部分：
㈠测量比较部分。

测量所要保护的电气元件上的电气参数并与标准值比较。

㈡逻辑判断部分。

由以上比较结果判断系统是在正常运行状态，还是发生故障或是在不正常运行状态。

㈢执行部分。

根据判断出的运行状态去动作或不动作。

2.1.4继电保护的基本原理和构成方式
继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量,电流、电压、功率、频率等的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。

大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分、执行部分。

2.2电网概况
该电网主网架为35KV电压等级，有35V变电站6座，35V水电站一座通过A 变电站的一条35KV线路与系统大电网（110KVX变电站）联网，参数见下表:
G-H LGJ-70 19.5 E-F
LGJ-70
15.3
系统阻抗等值到110KV 母线: m in s X =0.210 (最大运行方式)
m ax s X =0.393（最小运行式）
系统阻抗等值到35KV 母线: m in s X =0.6835（最大运行方式）
m ax s X =1.5161（最小运行方式）
典型负荷为P=2000KW ，85.0,5.1,2.1===f zq III
K
K K K
2.3 35KV 电网主接线图
2.4 35千伏线路保护装置的整定计算原则
2.4.1三段过流保护 I 段——无时限电流速断：
a.按躲过被保护线路末端最大三相短路电流计算动作值；
b. 核算保护范围。

II段——带时限电流速断：
a.按以下条件选取较大者计算动作值；
b.躲过相邻元件无时限电流速断；
c.躲过相邻元件末端的最大三相短路电流。

d.时限取0.5秒；
f.已被保护线路末端的最大三相短路电流。

III段——定时限过流：
a.按躲过被保护线路最大计算负荷电流计算动作值；
b.以被保护线路末端最小二相短路电流核算灵敏系数。

以远后备计算点最小二相短路电流核算远后备灵敏系数；
c.按阶梯差配合原则，确定整定时限；
d.考虑供电导线安全载流量及与上级保护间的配合。

2.4.2方向过电流保护
（1）按躲过最大工作电流计算动作值。

对环形供电网路的最大工作电流应考虑断开某些线路而引起本线路突然增加的工作电流；
（2）与相邻线路保护装置整定值要配合，即沿着同一个方向保护装置的动作电流应该从离电源最远处开始逐级增大；
（3）保护装置的时限按阶梯原则配合；
（4）以保护线路末端最小两相短路电流核算灵敏系数。

2.4.3平行线路横联差动方向电流保护
（1）按以下三个原则选取较大者计算动作值：
a.躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电流；
b.躲过单回线运行时的最大负荷电流；
c.躲过当相继切除线路的两项及单项短路时流经保护处的故障相电流。

（2）以保护灵敏度相等点最小两相短路电流核算两侧保护的灵敏系数。

以一侧断路器断开，核算另一侧线路末端相继动作区两项最小短路时的灵敏系数。

2.4.4平衡线路的电流平衡保护
按躲过正常负荷时的最大不平衡电流计算动作值。

2.4.5平衡线路的纵联差动保护
按躲过外部断路时的最大不平衡电流计算动作值。

2.4.6距离保护
I段——瞬时段。

按躲过对侧母线计算动作值。

II段——配合段。

按与相邻线路距离保护的第一段相配合计算动作值时应大于相邻线路第I段保护一个时间级差。

III段——后备段。

（1）按下列原则之一计算保护动作值：
a.与相邻线路第II段配合；
b.躲过最大负荷；
c.当III段为电流起动时，按过流保护原则。

2.5整定计算
2.5.1短路计算的实际图
2.6系统阻抗标值计算
设SB =100MV A,VB =V a v=37KV L G J -70 查表得X=0.402 Ω/k m L G J -150 查表得X=0.373 Ω/k m
发电机1： 744.15246.08.0/25.1100
)1(1=⨯=
G X
发电机2： 744.15246.08.0/25.1100
)2(2=⨯=G X
发电机3： 744.15246.08
.0/25.1100
)3(3=⨯=G X
F 变电站T 1变压器：6.20658.05.2100
1=⨯=T X
F 变电站T 2变压器：6.2065.05.2100
2=⨯=T X
G 变电站T 1变压器: 63.20658.05.2100
1=⨯=T X G 变电站T 2变压器: 18.50648.025
.1100
2=⨯=
T X 线路E-F 段：45.0402.03.1537100
2=⨯⨯=EF X
线路D-E 段：53.0402.093.1737100
2=⨯⨯=DE X
线路A-D 段: 33.0402.01.1137100
2=⨯
⨯=AD X 线路A-G 段: 55.0402.07.1837100
2=⨯⨯=AG X 线路G-H 段：57.0402.05.1937100
2=⨯⨯=GH X 线路A-X 段: 01.0373.034.037
100
2=⨯⨯=AX
X P =KW U I AG AG fh 2000cos ..max ..=ϑ
A U P I AG AG fh 49.639
.0352000
cos .max ..=⨯==
ϑ
系统阻抗等值到35K V 母线:
m in s X =0.6835（最大运行方式） m ax s X =1.5161（最小运行方式）
2.7最小运行方式下K1点的三相短路计算
2.7.1最小运行方式下K1短路的等效电路图 化简图：
X1=15.744
65
.19744.156.245.053.033.011=++++=++++=X X X X X X T EF DE AD b
化简图A 1：
42
.1
36
.1953.136
.
1953.165.19//)01.052.1(//)(max 3=+⨯=
+=+=b AX s A X X X X
化简图A 2：
化简图A 3：
最小运行方式下1K 点三相短路电流计算过程:
1K 点短路电流标么值:
51.097
.11141
===*X I
K
1K 点三相短路有名值:
A V S I I
B B
K K 83.79537
3100000
51.0)
.3(.
1min .1=⨯⨯
==*
97
.155.042.134=+=+=AG A X X X
2.7.2最大运行方式下的K1三相短路计算 最大运行方式下K1点短路的等值电路图
化简图：
86
.733.053.045.03.1248.533.053.045.0)6.2//6.2()744.15//744.15//744.15()//()////(21321=++++=++++=++++=AD DE EF T T G G G A X X X X X X X X X 化简图B 1：
63.0)68.001.0//(86.7//(m in)1=+=+=S AX A X X X X
化简图B 2：
化简图B 3：
最大运行方式下1K 点三相短路电流计算过程:
1K 点短路电流标么值:
85.0
18
.11
121
===*X I
K
1K 点三相短路有名值:
A V S I I
B B
K K 38.132637
3100000
85.0)
.3(.
1max .1=⨯⨯
==*
2.7.3最小运行方式下2K 点的三相短路计算
最小运行方式下K 2点短路的等值电路图
化简图C 1：
44.162
.2353.162
.2353.162.23//)01.052.1(//)(max 3
=+⨯=+=+=b AX s A X X X X
化简图C 2：
化简图C 3：
最小运行方式下2K 点三相短路电流计算过程:
2K 点短路电流标么值:
39.056
.21
142===
*X I K
2K 点三相短路有名值:
A V S I I
B B
K K 58.60837
3100000
39.0).3(.2
min .2=⨯⨯==*
2.7.4最大运行方式下K2点三相短路等值电路图
56
.257.055.044.134=++=++=GH AG A X X X X 61
.933.053.045.074.156.633
.053.045.0)18.5//63.2()68.19//68.19//68.19()//()////(21321=++++=++++=++++=AD DE EF T T G G G A X X X X X X X X X
化简图D 1：
64.0)68.001.0//(61.9//(m in)1=+=+=S AX A X X X X
化简图D 2：
化简图D 3：
最大运行方式下2K 点三相短路电流计算过程:
2K 点短路电流标么值:
57
.076.1
1
122===
*X I K
2K 点三相短路有名值:
76
.157.064.055.012=++=++=GH AG X X X X
2.8电流Ⅰ、Ⅲ段保护整定计算
2.8.1线路A-G 段电流I 段保护动作电流整定计算
这个灵敏系数公式应该用A 点的短路电流算
所以线路A -G 段电流I 段保护灵敏系数满足线路A -G 段保护要求
S t
I AG 0=
2.8.2线路A-G 段电流II 段保护动作电流整定计算 如果相邻线路有差动保护的变压器
∏
DZ
AG I .= ∏K K .max .3K I max .3K I 为变压器低压侧母线发生三相短路时流过A G 的最大电
流
所以线路A-G 段电流I I 段保护灵敏系数不满足线路A-G 段保
)20(5.153.093
.127123
.78023.23.min .1km l I I K DZ AG K K <<=⨯==∏
∏A
I K I K I K I DZ AG 01.170478.13103.1.m ax .1.=⨯==%)20~%15(%40%10001
.170423
.78023.23
.min
.1>=⨯⨯=
=
∏DZ
AG K I
K
I I K A
I K K I K I
K K DZ AG 93.127146.8893.11.1..m ax .2.=⨯⨯==∏∏
护要求，需与G -H 段电流II 保护相配合，此设计题目没有给出G -H 后段线路，故不作继续考虑。

S t t t I AG AG 5.0=∆+=∏
2.8.3线路A-G 段电流Ⅲ段保护动作电流整定计算
5.147.426
.15123.78023.23.min .1.>=⨯==III DZ AG K III K I I K 近
线路A-G 段电流II I 段保护作A -G 段电流保护近后备时满足A -G 段电流保护要求
2.148.326
.15158.60823.23
.min
.2.>=⨯=
=
III DZ
AG
K III
K I I K
远
线路A-G 段电流II I 段保护作G -H 段电流保护近后备时满足A -G 段电流保护要求
S
t t t II GH III AG 0.15.05.0=+=∆+=
所以A-G 段需装设三段电流保护以满足保护要求，G -H 段只需装设I I 和I I I 保护，而且I I 段保护时间为0S 。

A
I K K K I AG fh f zq III K DZ AG 26.15143.7185.05.12.1..max ..III
.=⨯⨯==
第三章 设计原理图
3.1 纵联差动保护
以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理，如图所示。

变压器纵差动保护的原理接线
由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。

例如在图7中，应使
'
2I ='
'2
I =1'
1l n I =2
1
''l n I 或 12l l n n 1'1
''I I =B n
式中1l n —高压侧电流互感器的变比；
2l n —低压侧电流互感器的变比；
İ1′′
İ1′
B n —变压器的变比（即高、低压侧额定电压之比）。

由此可知，要实现变压器的纵差保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比B n ，这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。

这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。

本次设计所采用的变压器型号为：S11-8000/35。

对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用两侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器，低压侧电流引自变压器低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为二组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。

所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，其接线原理图如图8所示。

正常情况下,2'I =2''I 即：
11122111
''''''n I I I n T n n n I =−−→==（变压器变比） 所以这时I r =0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比
误差等影响导致不平衡电流的产生，故I r 不等于0 ，针对不平衡电流产生的原
因不同可以采取相应的措施来减小。

尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护——瓦斯保护。

图8 纵联差动保护原理示意图
第四章结束语
一、通过本次毕业设计对继电保护和电力系统自动化的课程设计有了进一步的了解和掌握，通过对课本和参考书籍的翻阅，进一步提高了利用手头资料亲自完成设计的能力，学会了分析原理接线图和展开图的分析，也学会了画电气工程图，对继电保护有了更深层次的理解和掌握。

二、在设计中必须做到明确设计目的和题目要求；细心，做到严谨、精确,反复修改精益求精；使所学的理论知识更加透彻，从而加深对其的理解；在设计中紧扣继电保的四要求：速动性、灵敏性、可靠性、安全性。

电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。

电力系统继电保护的基本作用是：全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警信号等措施，以求最大限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。

随着电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。

随着电力系统的迅速发展。

大量机组、超高压输变变电的投入运行，对继电保护不断提出新的更高要求。

继电保护是电力系统的重要组成部分，被称为电力系统的安全屏障，同时又是电力系统事故扩大的根源，做好继电保护工作是保证电力系统安全运行的必不可少的重要手段，电力系统事故具有连锁反应、速度快、涉及面广、影响大的特点，往往会给国民经济和人民生活造成社会性的灾难。

第五章致谢
在这次毕业设计中得到了各方面的支持和帮助。

首先感谢毕业设计的指导老师，在他的悉心指导下我出色地完成了毕业设计，他的认真负责的教学态度使我们收益非浅。

我们在完成全部理论课程及各项实践训练后，进行的一项综合的训练，目的是巩固、加深、提高所学的理论知识并灵活应用所学到的知识使我们能够综合应用本专业所学的专业基础课，专业课等课程的专业知识，解决一个电气工程技术问题、巩固、深化和熟练所学的专业理论知识与技能，并在毕业设计中得到灵活应用。

毕业设计是大学的最后一个教学环节，通过毕业设计既可以巩固理论知识，又可以培养我们运用所学知识分析和解决工程实际问题的综合能力，为我们走出校门后能够尽快适应工作岗位的要求，起到桥梁和纽带作用。

在此，谨向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢，感谢他对我的倾心指导，并提供了大量文献和资料，再加上本人利用所掌握知识进行分析、综合整理而完成，但由于时间和水平的局限，设计中难免会有不妥之处，敬请老师多批评指导。

通过这次毕业设计，我的理论知识得到了很大的提高，也得到了加深与巩固，也使我的理论知识得以与实际相结合，这是一种升华。

在做这次毕业设计中，他们不仅教会我专业知识，还教会了我做人与处事方面的道理，他们严谨的治学精神与对工作认真负责的态度都深深感染着我。

第六章参考文献
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【2】吴茂林.图形化电网故障分析及继电保护定值整定管理软件电力情报,2000,(03)
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